DE102016225641A1 - Method for processing a workpiece in the manufacture of an optical element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks bei der Herstellung eines optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie, wobei das Verfahren wenigstens einen Bearbeitungsprozess umfasst, bei welchem eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und einem Werkzeug erfolgt, während der das Werkzeug zeitweise über einen über die zu bearbeitende Werkstückoberfläche hinausragenden Überlaufabschnitt geführt wird, wobei der Überlaufabschnitt vor Durchführung dieses Bearbeitungsprozesses an dem Werkstück lösbar befestigt wird.The invention relates to a method for processing a workpiece in the manufacture of an optical element, in particular for microlithography, wherein the method comprises at least one machining process in which a relative movement between the workpiece and a tool takes place while the tool temporarily over one on the is guided to projecting workpiece surface protruding overflow section, wherein the overflow section is releasably secured to the workpiece before performing this processing process.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks bei der Herstellung eines optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie.The invention relates to a method for processing a workpiece in the manufacture of an optical element, in particular for microlithography.
Stand der TechnikState of the art
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs. The microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective. The image of a mask (= reticle) illuminated by means of the illumination device is here projected onto a substrate (eg a silicon wafer) coated with a photosensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection objective in order to apply the mask structure to the photosensitive coating of the Transfer substrate.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Typische für EUV ausgelegte Projektionsobjektive, wie z.B. aus
Im Hinblick auf die aufgrund der begrenzten Reflektivitäten der einzelnen Spiegelflächen in solchen Systemen auftretenden Transmissionsverluste ist grundsätzlich eine Minimierung der Anzahl der im jeweiligen optischen System eingesetzten Spiegel wünschenswert. Des Weiteren geht die Erhöhung des Auflösungsvermögens u.a. durch Steigerung der numerischen Apertur mit einer fortwährenden Vergrößerung der Spiegelflächen einher. Dies führt in der Praxis zu anspruchsvollen Herausforderungen u.a. hinsichtlich der Anordnung der Spiegel im jeweils zur Verfügung stehenden Bauraum des optischen Systems bzw. des Projektionsobjektivs.With regard to the transmission losses occurring due to the limited reflectivities of the individual mirror surfaces in such systems, it is generally desirable to minimize the number of mirrors used in the respective optical system. Furthermore, the increase of the resolving power u.a. by increasing the numerical aperture with a continuous enlargement of the mirror surfaces. This leads to demanding challenges in practice, i.a. with regard to the arrangement of the mirrors in the respectively available installation space of the optical system or of the projection objective.
Um die Spiegel in der jeweils gewünschten Endspezifikation herzustellen, ist die Durchführung einer Mehrzahl von Bearbeitungsprozessen (z.B. Schleif-, Läpp- oder Polierprozessen) erforderlich. Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass hierbei das Bearbeitungswerkzeug bei einem oder mehreren dieser Prozesse (typischerweise bei Läpp- oder Polierprozessen) aus fertigungstechnischen Gründen zeitweise über einen sich an die jeweils aktuell bearbeitete Werkstückoberfläche anschließenden Überlaufabschnitt geführt werden muss, mit anderen Worten also das Werkstück bzw. Spiegelsubstrat in der betreffenden Phase des Fertigungsprozesses im Vergleich zur endgültigen Geometrie beim Einbau in das jeweilige optische System bzw. Projektionsobjektiv größere Abmessungen bzw. überstehende Bereiche aufweisen muss. In order to produce the mirrors in the desired final specification, it is necessary to perform a plurality of machining processes (e.g., grinding, lapping or polishing processes). A problem occurring in practice is that in this case the machining tool in one or more of these processes (typically in lapping or polishing processes) must be performed temporarily for manufacturing reasons via an overflow section adjoining the respectively currently machined workpiece surface, in other words the Workpiece or mirror substrate in the relevant phase of the manufacturing process in comparison to the final geometry when installed in the respective optical system or projection lens must have larger dimensions or protruding areas.
Um dann das fertige optische Element bzw. den Spiegel unter Beachtung der Anforderungen hinsichtlich Bauraum und optischem Strahlengang im optischen System einsetzen zu können, müssen die betreffenden Überlaufabschnitte bzw. Überstandsbereiche wieder entfernt werden, was typischerweise unter Anwendung zerspanender Verfahren (z.B. Abschleifen) erfolgt. Da aber in diesem Stadium die optische Wirkfläche des gefertigten optischen Elements bereits im gewünschten Endzustand (d.h. in „Endspezifikation“) vorliegt, erfordert diese Entfernung zum einen Schutz- sowie Reinigungsmaßnahmen und hat zum anderen – aufgrund des unmittelbar angrenzend an die optische Nutz- bzw. Wirkfläche erfolgenden Abschleifens des Überlaufs – unerwünschte Deformationen der optischen Nutzfläche zur Folge, was wiederum zu einem zusätzlichen Korrekturaufwand und einem Ausfallrisiko des betreffenden optischen Elements führt. In order to be able to use the finished optical element or the mirror, taking into account the requirements in terms of installation space and optical beam path in the optical system, the relevant overflow sections or overhang areas must be removed again, which typically takes place using machining processes (for example, grinding). Since, however, in this stage, the optical active surface of the fabricated optical element is already in the desired final state (ie in "final specification"), this removal requires protection and cleaning measures on the one hand and on the other - due to the immediately adjacent to the optical Nutz- Effective surface grinding of the overflow - unwanted deformations of the optical effective area result, which in turn leads to an additional correction effort and a risk of failure of the relevant optical element.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks bei der Herstellung eines optischen Elements bereitzustellen, welches eine Reduzierung des fertigungstechnischen Aufwandes unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglicht.Against the above background, it is an object of the present invention to provide a method for machining a workpiece in the manufacture of an optical element, which allows a reduction of the manufacturing effort while avoiding the problems described above.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the method according to the features of independent claim 1.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks bei der Herstellung eines optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie, umfasst wenigstens einen Bearbeitungsprozess, bei welchem eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und einem Werkzeug erfolgt, während der das Werkzeug zeitweise über einen über die zu bearbeitende Werkstückoberfläche hinausragenden Überlaufabschnitt geführt wird, wobei der Überlaufabschnitt vor Durchführung dieses Bearbeitungsprozesses an dem Werkstück lösbar befestigt wird.A method according to the invention for machining a workpiece during the production of an optical element, in particular for microlithography, comprises at least one machining process in which a relative movement takes place between the workpiece and a tool, during which the tool temporarily over an overflow section projecting beyond the workpiece surface to be machined is guided, wherein the overflow portion is releasably secured to the workpiece before performing this processing.
Dabei wird unter dem Begriff „Überlaufabschnitt“ ein für die Erzeugung der optischen Fläche des optischen Elements benötigter Bereich verstanden, der zu dem Zwecke vorgesehen ist, dass ein Bearbeitungswerkzeug (typischerweise zum Läppen oder Polieren) bei der Bearbeitung temporär über den Rand der optischen Fläche hinausfahren kann, der jedoch im Endzustand des optischen Elements bei dessen Montage im optischen System nicht mehr vorhanden bzw. zu diesem Zeitpunkt wieder entfernt worden ist. In this case, the term "overflow section" is understood to mean a region required for the production of the optical surface of the optical element, which is provided for the purpose that a machining tool (typically for lapping or polishing) temporarily moves beyond the edge of the optical surface during machining can, however, in the final state of the optical element during its installation in the optical system no longer exists or has been removed at this time.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, bei der Herstellung eines optischen Elements bzw. Spiegels ein abschließendes Entfernen des zuvor während der Fertigung benötigten Überlaufabschnitts durch Abschleifen oder dergleichen und die hiermit einhergehenden, bereits beschriebenen Probleme dadurch zu vermeiden, dass der besagte Überlaufabschnitt vor dem betreffenden (den Überlaufabschnitt erfordernden) Bearbeitungsprozess – also typischerweise einem Läpp- und/oder Polierprozess – lösbar am Werkstück befestigt wird. In particular, the invention is based on the concept, in the manufacture of an optical element or mirror, of a final removal of the overflow section previously required during production by abrading or the like and the associated problems already described by avoiding that said overflow section before the relevant overflow section (The overflow section requiring) machining process - that is typically a lapping and / or polishing process - is releasably secured to the workpiece.
Aufgrund dieser lösbaren Befestigung (z.B. durch Fügen, Kleben oder optisches Ansprengen) kann der Überlaufabschnitt dann in einem Stadium, in dem er fertigungstechnisch nicht mehr benötigt wird – also etwa nach Abschluss der o.g. Bearbeitungsprozesse des Läppens und/oder Polierens – in einfacher Weise und ohne Einsatz zerspanender Verfahren und einen hiermit einhergehenden Korrekturaufwand oder ein Ausfallrisiko wieder abgenommen werden.Because of this releasable attachment (for example, by joining, gluing or optical wringing), the overflow section can then in a stage in which it is no longer required in manufacturing technology - that is, for example after completion of the o.g. Machining processes of lapping and / or polishing - in a simple manner and without the use of machining processes and an associated correction or a risk of failure are removed again.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Überlaufabschnitt vor Durchführung des o.g. Bearbeitungsprozesses als von dem Werkstück separates Bauteil hergestellt. Die Realisierung der erfindungsgemäßen lösbaren Befestigung zwischen Überlaufabschnitt einerseits und Werkstück andererseits kann somit gemäß dieser Ausführungsform dadurch erreicht werden, dass der Überlaufabschnitt von vorneherein als von dem Werkstück separates Bauteil hergestellt und zum geeigneten Zeitpunkt (d.h. vor dem betreffenden Läpp- und/oder Polierprozess) wie vorstehend beschrieben an das Werkstück gefügt, geklebt oder angesprengt wird. According to one embodiment, the overflow section before performing the o.g. Machining process produced as a separate component from the workpiece. The realization of the releasable attachment according to the invention between the overflow section on the one hand and workpiece on the other hand can thus be achieved according to this embodiment, that the overflow section made from the outset as a separate component from the workpiece and at the appropriate time (ie before the respective lapping and / or polishing process) described above is added to the workpiece, glued or sprinkled.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Überlaufabschnitt jedoch auch vor dem o.g. Bearbeitungsprozess (z.B. Läpp- oder Polierprozess) von dem betreffenden Werkstückrohling abgetrennt werden, was wiederum z.B. durch Abschleifen in einer Anfangsphase des gesamten Herstellverfahrens (beispielsweise am Ende des hierbei typischerweise zunächst durchgeführten Schleifprozesses) erfolgen kann. Gemäß dieser weiteren Ausführungsform wird der Überlaufabschnitt somit vor Durchführung des o.g. Bearbeitungsprozesses von einem das Werkstückmaterial enthaltenden Werkstückrohling abgetrennt.In a further embodiment, however, the overflow section may also be in front of the o.g. Machining process (e.g., lapping or polishing process) are separated from the workpiece blank in question, again e.g. can be done by abrading in an initial phase of the entire manufacturing process (for example, at the end of this typically initially performed grinding process). According to this further embodiment, the overflow section is thus made before the o.g. Machining process separated from a workpiece blank containing the workpiece material.
Die Erfindung beinhaltet insbesondere das Konzept, etwaige zum Entfernen des fertigungstechnisch benötigten Überlaufabschnitts durchgeführte Verfahrensschritte wie etwa ein Abschleifen eines solchen Abschnitts in einem vergleichsweise „unkritischen“ Zustand des Werkstücks durchzuführen, nämlich in einem Zustand, welcher noch nicht der Endspezifikation des optischen Elements entspricht. Der sodann wie vorstehend beschrieben lösbar angefügte Überlaufabschnitt kann dann z.B. nach Erreichen der Endspezifikation ohne die besagten, aus den eingangs beschriebenen Gründen problematischen zerspanenden Bearbeitungsschritte entfernt bzw. abgenommen werden mit der Folge, dass entsprechende Schutz-, Reinigungs- oder Korrekturmaßnahmen entbehrlich werden und auch ein Ausfallrisiko des optischen Elements nicht mehr gegeben ist. In particular, the invention includes the concept of carrying out any process steps carried out for removing the production-technically required overflow section, such as, for example, grinding such a section in a comparatively "uncritical" state of the workpiece, namely in a state which does not yet correspond to the final specification of the optical element. The overflow section then removably attached as described above may then be e.g. After reaching the final specification without the said, for the reasons described above problematic machining operations removed or removed with the result that appropriate protection, cleaning or corrective measures are unnecessary and a risk of failure of the optical element is no longer given.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Befestigen des Überlaufabschnitts durch Fügen, Kleben oder optisches Ansprengen. Bei der Verwendung eines Klebers ist darauf zu achten, dass dieser zwar zwecks späterer Entfernung des Überlaufabschnitts eine Löslichkeit gegenüber einem geeigneten Medium aufweist, dabei jedoch gegen die während einer Bearbeitung durch Schleifen, Läppen bzw. Polieren jeweils eingesetzten Medien resistent ist. Des Weiteren ist je nach Anwendung auf die UHV-Verträglichkeit (d.h. ein akzeptables Ausgasverhalten) zu achten. According to one embodiment, the fastening of the overflow section takes place by joining, gluing or optical wringing. When using an adhesive, care must be taken that, for the purpose of later removal of the overflow section, it has a solubility with respect to a suitable medium, but is resistant to the media used in each case during machining by grinding, lapping or polishing. Furthermore, depending on the application, attention must be paid to UHV compatibility (ie an acceptable outgassing behavior).
Gemäß einer Ausführungsform wird durch das Befestigen des Überlaufabschnitts ein spaltfreier Übergang zwischen Werkstück und Überlaufabschnitt erzeugt.According to one embodiment, the attachment of the overflow section creates a gap-free transition between the workpiece and the overflow section.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt nach dem Befestigen des Überlaufabschnitts eine Nachkonturierungs-Bearbeitung zur Eliminierung eines Höhenversatzes zwischen Werkstück und Überlaufabschnitt.According to one embodiment, after the attachment of the overflow section, a post-contouring treatment is performed to eliminate a height offset between the workpiece and the overflow section.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Bearbeitungsprozess einen Läpp- und/oder Polierprozess.According to one embodiment, the machining process comprises a lapping and / or polishing process.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Überlaufabschnitt nach Abschluss des Bearbeitungsprozesses von dem Werkstück wieder entfernt.According to one embodiment, the overflow section is removed from the workpiece after completion of the machining process.
Die Erfindung betrifft weiter ein optisches Element, insbesondere für die Mikrolithographie, welches unter Anwendung eines Verfahrens mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen hergestellt ist, ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv, sowie eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.The invention further relates to an optical element, in particular for microlithography, which is produced using a method having the features described above, an optical system of a microlithographic projection exposure apparatus, in particular a lighting device or a projection objective, as well as a microlithographic projection exposure apparatus.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Es zeigen:Show it:
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Bei der Herstellung eines optischen Elements in Form eines Spiegels oder einer Linse wird typischerweise eine Schicht oder ein Schichtsystem (welches etwa im Falle eines Spiegels z.B. ein Reflexionsschichtsystem aus Molybdän- und Siliziumschichten aufweisen kann) auf ein Substrat aufgebracht. Die Bearbeitung des Substrats bzw. Werkstücks erfolgt mit einem geeigneten Material abtragenden (ggf. auch Material hinzufügenden) Werkzeug, welches im Weiteren auch kurz als „Werkzeug“ bezeichnet wird. Nicht nur das Substrat, sondern auch die Schicht selbst kann so bearbeitet werden. Das Substrat kann z.B. aus Silizium (Si) oder Titandioxid (TiO2)-dotiertem Quarzglas hergestellt sein, wobei beispielhaft die unter den Markenbezeichnungen ULE® (der Firma Corning Inc.) oder Zerodur® (der Firma Schott AG) vertriebenen Materialien verwendbar sind. In weiteren Ausführungsformen kann das Substrat auch aus Aluminium (Al), Siliziumkarbid (SiC) oder einem anderen keramischen Material hergestellt sein.When producing an optical element in the form of a mirror or a lens, typically a layer or a layer system (which, for example in the case of a mirror, may have a reflection layer system of molybdenum and silicon layers, for example) is applied to a substrate. The processing of the substrate or workpiece is carried out with a suitable material-removing (possibly also adding material) tool, which is also referred to below as "tool". Not only the substrate, but also the layer itself can be processed in this way. The substrate may, for example, of silicon (Si) or titanium dioxide (TiO 2) doped quartz glass to be prepared, by way of example under the brand names ULE ® (manufactured by Corning Inc.) or Zerodur ® (manufactured by Schott AG) distributed materials are usable. In further embodiments, the substrate may also be made of aluminum (Al), silicon carbide (SiC) or other ceramic material.
Im Weiteren wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks bzw. Spiegelsubstrats bei der Herstellung eines optischen Elements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf das in
Gemäß
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend anhand von
Anschließend erfolgt analog zu
Gemäß
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.While the invention has been described in terms of specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments, e.g. by combination and / or exchange of features of individual embodiments. Accordingly, it will be understood by those skilled in the art that such variations and alternative embodiments are intended to be embraced by the present invention, and the scope of the invention is limited only in terms of the appended claims and their equivalents.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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